KR20190053940A - 유지기, 및 이것을 구비한 구름 베어링 - Google Patents

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Abstract

외륜 안내 방식의 유지기 (200) 는, 유지기 안내면 (27) 과, 클리어런스면 (에지 클리어런스홈) (35) 과, 축 방향 홈 (31) 을 구비한다. 유지기 안내면 (27) 은, 유지기 외경면에 있어서의 적어도 일방의 축 방향 단부에 형성되고, 외륜 (13) 에 안내된다. 클리어런스면 (35) 은, 유지기 외경면의 유지기 안내면 (27) 보다 축 방향 중앙측에, 유지기 안내면 (27) 보다 작은 외경으로 원둘레 방향을 따라 형성된다. 축 방향 홈 (31) 은, 유지기 외경면의 포켓으로부터 축 방향단까지 연장 형성되고, 유지기 안내면 (27) 을 축 방향으로 횡단하여 축 방향 단부 (39) 를 형성하고, 클리어런스면 (35) 보다 홈 바닥이 직경 방향 내측에 형성된다.

Description

유지기, 및 이것을 구비한 구름 베어링
본 발명은, 유지기, 및 이것을 구비한 구름 베어링에 관한 것이다.
일반적으로, 공작 기계의 주축용 베어링에는, 원통 롤러 베어링이나 앵귤러 볼 베어링 등의 구름 베어링이 사용되고 있다. 이들 구름 베어링의 유지기로는, 합성 수지제의 플라스틱 유지기가 사용된다. 플라스틱 유지기는, 경량이므로 회전시의 원심력이 작아, 고속 회전에 유리하다.
이와 같은 구름 베어링의 윤활법으로는, 그리스 윤활, 오일 에어 윤활, 제트 윤활 등이 적절히 선택되고 있으며, 일반적으로는, 저비용이고 메인터넌스도 용이한 점에서 초기 봉입에 의한 그리스 봉입 윤활이 이용되는 경우가 많다 (예를 들어 특허문헌 1 참조).
그런데, 외륜 안내 방식의 유지기를 갖는 구름 베어링에서는, 구름 접촉부 근방의 과잉의 그리스를 배출하기 위해 안내면인 유지기 외경면에 축 방향의 홈을 형성하는 경우가 있다. 유지기 외경면에 축 방향으로 홈이 있는 경우에는, 홈의 단부 (段部) 근방에 그리스가 긁어내어짐으로써 배출된다. 한편, 유지기 외경면에 축 방향 홈이 없는 경우에는, 외륜 내경면과 유지기 외경면에서 형성되는 안내 간극이 일정하기 때문에, 유지기와 외륜 내경면 사이에 그리스가 들어가면, 유지기의 회전에 의해, 그리스가 전단되면서 안내면으로부터 배출된다.
일본 공개특허공보 2014-95469호
외륜 안내 방식의 앵귤러 볼 베어링에서는, 외륜 궤도면과 외륜 안내면의 교차부에서 생기는 궤도면 에지와 유지기가 접촉함으로써, 유지기가 다른 접촉 부분과 비교하여 매우 마모되기 쉽다. 특히, 사출 성형에 의해 만들어지는 수지 유지기에서는, 표면의 비정질층이 마모되고, 그곳이 기점이 되어, 유지기 안내면 전체가 조기에 마모된다. 또, 금속 유지기에 있어서도 마찬가지로 마모되기 쉬워, 마모 분말이 발생하여 윤활 상태가 나빠짐으로써 베어링 전체의 성능이 저하된다. 이 마모를 방지하는 것을 목적으로 하여, 에지 클리어런스홈을 유지기 외경면에 원둘레 방향을 따라 형성하는 경우가 있다.
그러나, 그리스가 유지기 안내면을 지나, 유지기의 축 방향 외측으로 이동하기 위해서는, 유지기 안내면과 외륜 안내면이 그리스와 접하는 것에 의한 상기의 전단, 혹은 축 방향 홈의 단부에 의한 상기의 긁어냄이 필요해진다. 그런데, 유지기 외경면에 에지 클리어런스홈 등이 형성된 경우, 에지 클리어런스홈에 대면하는 외륜 안내면의 위치에 고인 그리스에, 배출하기 위한 힘이 작용하지 않는 경우가 있다. 이 그리스는, 다시 전동체에 부착되고, 베어링 내를 순환하여 유지기 내경면으로 되돌아온다. 이와 같은 그리스의 거동은, 교반 저항을 크게 하여, 통상보다 발열량을 증대시켜, 베어링의 수명 저하나 눌어붙음의 원인이 될 우려가 있다. 이것은, 특히 그리스 윤활에서 dmn 값이 80 만 (PCD (볼 피치원 직경) × 회전수) 이상에서 사용하는 공작 기계 주축용 베어링에 대해 현저해진다.
그래서 본 발명은, 그리스의 교반 저항에 의한 발열량을 저감시켜, 구름 베어링의 수명 저하를 억제할 수 있는 유지기, 및 이것을 구비한 구름 베어링을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 하기 구성으로 이루어진다.
(1) 내륜과, 외륜과, 상기 외륜 및 상기 내륜 사이에 배치되는 복수의 전동체를 구비하는 구름 베어링에 사용되고, 상기 전동체가 수용되는 복수의 포켓을 갖는 외륜 안내 방식의 유지기로서,
상기 유지기의 유지기 외경면에 있어서의 적어도 일방의 축 방향 단부 (端部) 에 형성되고, 상기 외륜에 안내되는 유지기 안내면과,
상기 유지기 외경면의 상기 유지기 안내면보다 축 방향 중앙측에, 상기 유지기 안내면보다 작은 외경으로 원둘레 방향을 따라 형성된 클리어런스면과,
상기 유지기 외경면의 상기 포켓으로부터 축 방향단 (端) 까지 연장 형성되고, 상기 유지기 안내면을 축 방향으로 횡단하여 축 방향 단부를 형성하고, 상기 클리어런스면보다 홈 바닥이 직경 방향 내측에 형성된 축 방향 홈을 구비하는 유지기.
본 구성의 유지기에 의하면, 유지기 외경면의 포켓으로부터 유지기 외경측으로 이동한 그리스가, 축 방향 홈에 비집고 들어간다. 이 축 방향 홈에 비집고 들어간 그리스는, 회전 방향 상류측의 축 방향 단부와의 사이에 퇴적되고, 축 방향 단부에 가압된다. 이로써, 그리스가 축 방향 외측으로 이동한다. 또, 포켓으로부터 클리어런스면에 부착된 그리스는, 둘레 방향으로 이동하여, 클리어런스면보다 홈 바닥이 직경 방향 내측에 형성된 축 방향 홈에 비집고 들어가고, 축 방향 단부에 부딪쳐 퇴적된다. 퇴적된 그리스는, 상기한 그리스의 흐름과 합류하여, 축 방향 단부에 의해 일방의 축 방향 단부 (端部) 로부터 축 방향 외측으로 배출되는 흐름과, 다시 전동체에 부착되어 유지기 내경부로 되돌아와 베어링 내를 순환하는 흐름이 되어 유동한다. 이로써, 그리스에 의한 교반 저항을 저감시켜, 발열량의 증대를 억제하는 것이 가능해진다.
(2) 상기 유지기 안내면을 상기 클리어런스면이 원둘레 방향으로 횡단하여 형성되는 둘레 방향 단부는, 상기 축 방향 단부가 상기 포켓과 접속되는 축 방향 위치보다 상기 일방의 축 방향 단부측에 배치된 (1) 에 기재된 유지기.
본 구성의 유지기에 의하면, 클리어런스홈에 부착된 그리스가 유지기 안내면과 전동체 사이의 간극으로부터 축 방향 홈에 비집고 들어가는 그리스 진입구가 넓어져, 클리어런스면의 그리스를, 보다 원활하게 축 방향 홈에 비집고 들어가게 할 수 있다.
(3) 상기 둘레 방향 단부는, 상기 포켓의 상기 일방의 축 방향 단부측에 있어서의 포켓 단부 (端部) 보다 축 방향 중앙측에 배치된 (2) 에 기재된 유지기.
본 구성의 유지기에 의하면, 포켓으로부터 유지기 외경측으로 이동하는 그리스가 축 방향 홈 내에 들어가기 쉬워진다. 그 결과, 그리스가 클리어런스면에서만 원둘레 방향을 따라 이동하는 것이 억제된다.
(4) 상기 유지기 안내면의 외경을 D1, 상기 클리어런스면의 외경을 D2 로 하였을 때,
D1 × 0.999 ≥ D2
인 (1) ∼ (3) 중 어느 하나에 기재된 유지기.
본 구성의 유지기에 의하면, 전동체와 외륜 안내면 사이에 적절한 간극이 설정되어, 그리스의 원활한 흐름이 얻어진다.
(5) 상기 유지기 안내면은, 상기 일방의 축 방향 단부와, 상기 일방의 축 방향 단부와는 반대측의 타방의 축 방향 단부에 형성된 (1) ∼ (4) 중 어느 하나에 기재된 유지기.
본 구성의 유지기에 의하면, 유지기의 방향을 의식하지 않고, 베어링에 장착할 수 있어, 유지기의 조립 작업성을 향상시킬 수 있다.
(6) (1) ∼ (5) 중 어느 하나에 기재된 유지기를 구비하는 구름 베어링.
본 구성의 구름 베어링에 의하면, 그리스의 교반 저항에 의한 발열량을 저감시켜, 수명 저하를 억제할 수 있다.
(7) 앵귤러 볼 베어링인 (6) 에 기재된 구름 베어링.
본 구성의 구름 베어링에 의하면, 반카운터 보어측을 안내면으로 하여, 그리스의 배출이 원활하게 실시된다.
본 발명에 의하면, 그리스의 교반 저항에 의한 발열량을 저감시켜, 구름 베어링의 수명 저하를 억제할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시형태를 설명하기 위한 도면으로서, 제 1 구성예의 유지기를 구비하는 구름 베어링의 일부 단면도이다.
도 2 는 도 1 의 주요부 확대 단면도이다.
도 3 은 도 2 에 나타낸 유지기 전체의 외관 사시도이다.
도 4A 는 도 3 에 나타내는 유지기의 단면도이다.
도 4B 는 도 4A 에 나타내는 유지기의 주요부 정면도이다.
도 5 는 유지기의 유지기 외경면의 확대 사시도이다.
도 6 은 외륜에 그리스가 부착될 때까지의 그리스 이동의 모습을 나타내는 작용 설명도이다.
도 7A 는 외륜에 부착된 그리스가 축 방향 외측으로 배출될 때까지의 작용을 설명하는 도면으로서, 구름 베어링의 일부 단면도이다.
도 7B 는 외륜에 부착된 그리스가 축 방향 외측으로 배출될 때까지의 작용을 설명하는 도면으로서, 외륜에 접하는 그리스가 부착된 유지기의 주요부 정면도이다.
도 8A 는 제 2 구성예의 유지기의 일부 단면도이다.
도 8B 는 도 8A 에 나타내는 유지기의 주요부 정면도이다.
도 9 는 제 3 구성예의 유지기의 외관 사시도이다.
도 10 은 제 3 구성예의 유지기의 측면도이다.
도 11 은 제 3 구성예의 유지기의 정면도이다.
도 12 는 제 3 구성예의 유지기의 단면부의 확대도이다.
도 13 은 제 3 구성예의 유지기의 포켓을 내경측에서 본 확대도이다.
도 14 는 제 3 구성예의 유지기의 포켓을 외경측에서 본 확대도이다.
도 15 는 제 4 구성예의 유지기의 외관 사시도이다.
도 16 은 제 4 구성예의 유지기의 정면도이다.
도 17 은 제 4 구성예의 유지기의 측면도이다.
도 18 은 제 4 구성예의 유지기의 단면부의 확대도이다.
도 19 는 제 4 구성예의 유지기의 포켓을 내경측에서 본 확대도이다.
도 20 은 제 4 구성예의 유지기의 포켓을 외경측에서 본 확대도이다.
도 21 은 그리스의 배출성과 유지기의 내마모성을 시험한 각 유지기와 그 시험 결과를 나타내는 설명도이다.
도 22 는 시험에 사용한 베어링의 그리스 봉입 상태를 나타내는 일부 단면도이다.
도 23 은 시험에 사용한 베어링의 그리스 봉입 상태를 나타내는 일부 측면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
＜제 1 구성예＞
도 1 은 본 발명의 실시형태를 설명하기 위한 도면으로서, 유지기를 구비하는 구름 베어링의 일부 단면도이다. 여기서는, 구름 베어링으로서 공작 기계의 주축 등, 고속 회전하는 장치에 사용되는 앵귤러 볼 베어링을 사용하여 설명하지만, 이것에 한정되지 않고, 다른 구성의 구름 베어링이어도 된다.
앵귤러 볼 베어링 (100) 은, 내주면에 외륜 궤도면 (11) 을 갖는 외륜 (13) 과, 외주면에 내륜 궤도면 (15) 을 갖는 내륜 (17) 과, 복수의 볼 (전동체) (19) 과, 복수의 포켓 (21) 을 갖는 유지기 (200) 를 구비한다.
도 2 는 도 1 의 주요부 확대 단면도이다.
복수의 볼 (19) 은, 외륜 궤도면 (11) 및 내륜 궤도면 (15) 과의 사이에 접촉각 α 를 갖고 자유롭게 전동할 수 있게 배치된다. 유지기 (200) 는, 내륜 (17) 과 외륜 (13) 사이에 배치되고, 유지기 외경면에는 둘레 방향으로 간격을 갖고 복수의 포켓 (21) 이 형성된다. 각각의 포켓 (21) 에는, 볼 (19) 이 자유롭게 전동할 수 있게 유지된다.
유지기 (200) 는, 유지기 외경면의 축 방향 양단에, 직경 방향 외측으로 돌출되는 환상의 피안내부 (23, 25) 가 형성된다. 피안내부 (23, 25) 는, 각각 둘레 방향을 따라 등간격으로 (도 3 참조), 게다가 쌍방이 동일한 둘레 위치에 배치된다. 여기서, 피안내부 (23, 25) 란, 외륜 안내면 (29) 에 의해 안내될 수 있는 유지기 (200) 측의 안내면을 의미한다.
본 구성의 앵귤러 볼 베어링 (100) 은, 유지기 (200) 의 축 방향 일단측 (도 2 에 있어서의 좌측) 의 피안내부 (23) 에 있어서의 유지기 안내면 (27) 이, 외륜 (13) 의 반카운터 보어측의 외륜 안내면 (29) 에 슬라이딩 접촉하여 안내되는 외륜 안내 방식이다. 또한, 본 구성에서는 앵귤러형의 베어링이기 때문에, 실제로 유지기 (200) 가 외륜 (13) 에 안내되는 것은, 편측의 피안내부 (23) 만이 된다. 그러나, 도시예의 유지기 (200) 는 축 대칭 형상이고, 피안내부 (23, 25) 는 서로 등가이기 때문에, 여기서는, 어느 피안내부 (23, 25) 도「피안내부」라고 호칭한다.
유지기 (200) 는, 합성 수지를 함유하는 재료를 사용한 사출 성형품이다. 유지기 (200) 에 사용 가능한 합성 수지로는, 예를 들어, PPS (폴리페닐렌설파이드), PPS-CF (카본 섬유 강화 폴리페닐렌설파이드) 등을 들 수 있다. 그 밖에도, 모재로서, PA (폴리아미드), PAI (폴리아미드이미드), 열가소성 폴리이미드, PEEK (폴리에테르에테르케톤) 가 이용 가능하고, 강화 섬유로서, 카본 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유 등의 유기 섬유가 이용 가능하다.
도 3 은 도 2 에 나타낸 유지기 전체의 외관 사시도이다.
둘레 방향으로 인접하는 피안내부 (23) 와 피안내부 (23) 사이, 및, 둘레 방향으로 인접하는 피안내부 (25) 와 피안내부 (25) 사이는, 유지기 안내면 (27) 보다 직경 방향 높이가 낮은 축 방향 홈 (31) 으로 되어 있다. 축 방향 홈 (31) 은, 후술하는 바와 같이 윤활제 (그리스) 의 배출홈으로서 기능한다.
또한, 본 구성에 있어서, 축 방향 홈 (31) 은, 둘레 방향에서 인접하는 피안내부 (23) 와 피안내부 (23) 사이에 형성되는 축 방향 홈 (31) 이 필수의 구성이 되고, 둘레 방향에서 인접하는 피안내부 (25) 와 피안내부 (25) 사이에 형성되는 축 방향 홈 (31) 은 후술하는 구성예와 같이 피안내부 (25) 와 함께 생략되어 있어도 된다.
도 4A 는 도 3 에 나타낸 유지기의 단면도, 도 4B 는 도 3 에 나타내는 유지기의 주요부 정면도이다. 또한, 도 4A 는 도 4B 의 Ⅳ-Ⅳ 단면도를 나타내고 있다.
일반적으로, 베어링 내에 배치된 유지기는, 유지기 안내면 (27) 과 외륜 안내면 (29) (도 2 참조) 사이의 안내 간극과, 포켓 간극과의 범위에서 자유롭게 이동할 수 있게 된다. 그 때문에, 외륜 안내 방식의 앵귤러 볼 베어링에 있어서는, 외륜 (13) 의 외륜 안내면 (29) 과 외륜 궤도면 (11) 의 경계인 궤도면 에지 (33) (도 2 참조) 에, 유지기 안내면 (27) 이 접촉하는 경우가 있다. 유지기 안내면 (27) 이 궤도면 에지 (33) 에 접촉하면, 유지기 안내면 (27) 은 궤도면 에지 (33) 와의 접촉 부분으로부터 마모가 진행된다. 그래서, 본 구성의 유지기 (200) 는, 궤도면 에지 (33) 와 접촉하지 않도록, 외륜 (13) 의 궤도면 에지 (33) 와의 대면 영역에, 직경 방향 내측으로 파이는 클리어런스면 (본 구성예에서는 에지 클리어런스홈 (35)) 이 형성되어 있다.
에지 클리어런스홈 (35) 은, 유지기 외경면에 있어서, 유지기 안내면 (27) 보다 축 방향 중앙측에서 원둘레 방향에 형성된다. 이 에지 클리어런스홈 (35) 은, 유지기 안내면 (27) 보다 작은 외경으로 되어 환상으로 형성된다. 에지 클리어런스홈 (35) 은, 피안내부 (23) 와 피안내부 (25) 사이의 축 방향 영역에 상당하고, 유지기 안내면 (27) 의 직경 방향 높이로부터 1 단 낮게 형성된다. 이 단차에 의해, 유지기 (200) 가 경사진 경우라도, 궤도면 에지 (33) 가 유지기 (200) 에 접촉하는 경우가 없어져, 궤도면 에지 (33) 와의 접촉에 의한 유지기 (200) 의 마모를 미연에 방지할 수 있다. 본 구성에 있어서, 유지기 (200) 는, 에지 클리어런스홈 (35) 을 홈 폭 방향 (도 4B 의 좌우 방향) 으로 이등분하는 가상선 (37) 을 경계로, 도 4B 에 있어서 좌우 대칭 형상이 된다.
도 5 는 베어링용 유지기의 유지기 외경면의 확대 사시도이다.
유지기 (200) 는, 유지기 외경면에 있어서, 유지기 안내면 (27) 을 축 방향으로 횡단하는 축 방향 홈 (31) 이 형성된다. 축 방향 홈 (31) 은, 포켓 (21) 으로부터 축 방향 단면 (端面) (30) 까지 형성된다. 본 구성의 축 방향 홈 (31) 은, 피안내부 (23) 와 피안내부 (25) 의 쌍방을 횡단하여 형성된다. 즉, 피안내부 (23, 25) 에 형성되는 각각의 축 방향 홈 (31) 은, 둘레 방향의 위상이 일치하고 있으며, 에지 클리어런스홈 (35) 보다 홈 바닥이 직경 방향 내측에 형성된다. 요컨대, 축 방향 홈 (31) 은, 에지 클리어런스홈 (35) 보다 낮은 위치에 형성된다.
도 4B 에 나타내는 바와 같이, 유지기 (200) 는, 유지기 안내면 (27) 의 외경을 D1, 에지 클리어런스홈 (35) 의 외경을 D2, 축 방향 홈 (31) 의 홈 바닥의 외경을 D3 으로 하였을 때,
D1 ＞ D2 ＞ D3 ＞ PCD…(식 1)
이다. 단, PCD 는, 볼 피치원 직경으로 한다.
보다 바람직하게는, 유지기 (200) 는,
D1 × 0.999 ≥ D2…(식 2)
이다.
유지기 (200) 는, 상기의 (식 1) 을 만족함으로써, 도 5 에 나타내는 축 방향 홈 (31) 의 홈 바닥과 에지 클리어런스홈 (35) 사이에 높이 H 의 단차가 생기고, 또한, 에지 클리어런스홈 (35) 과 유지기 안내면 (27) 사이에 높이 h 의 단차가 생긴다. 이로써, 축 방향 홈 (31) 은, 원둘레 방향의 양단에 있어서, 에지 클리어런스홈 (35) 과의 사이에서는 단차 H, 유지기 안내면 (27) 과의 사이에서는 단차 (H＋h) 가 되는 축 방향 단부 (39) 를 형성한다.
축 방향 홈 (31) 은, 축 방향 중앙에 가까운 일단이, 포켓 (21) 에 접속되고, 반대측의 축 방향 외측의 타단이 배출 개구로 되어 개방되어 있다. 요컨대, 축 방향 홈 (31) 은, 그리스를 축 방향 외측으로 배출하는 배출홈으로서 기능한다. 축 방향 홈 (31) 은, 단차 H 의 부분이, 축 방향 (도 5 의 좌우 방향) 에서 포켓 (21) 과 오버랩되어 있다. 또, 포켓 (21) 은, 피안내부 (23) 와 접하고 있지 않다. 그 때문에, 포켓 (21) 에 수용된 볼 (19) 과 피안내부 (23) 의 내측벽 사이에는, 에지 클리어런스홈 (35) 으로부터 축 방향 홈 (31) 의 홈 바닥에 비집고 들어가는 그리스 진입구 (41) 가 확보된다.
이 그리스 진입구 (41) 에는, 유지기 (200) 가 도 5 의 M 방향으로 회전한 경우, 그리스가 화살표 (43) 로 나타내는 방향으로 진입 가능해진다. 그리스 진입구 (41) 에 진입한 그리스는, 에지 클리어런스홈 (35) 보다 낮은 축 방향 홈 (31) 에 비집고 들어가게 된다. 본 구성에 있어서, 축 방향 일방의 단부 (端部) 의 유지기 안내면 (27) 을 에지 클리어런스홈 (35) 이 원둘레 방향으로 횡단함으로써, 둘레 방향 단부 (57) 가 형성된다. 둘레 방향 단부 (57) 는, 축 방향 단부 (39) 가 포켓 (21) 과 접속되는 축 방향 위치보다, 축 방향 일방의 단부측에 배치된다. 그 때문에, 그리스 진입구 (41) 의 개구가 넓어져, 에지 클리어런스홈 (35) 에 부착되는 그리스를, 보다 원활하게 축 방향 홈 (31) 에 비집고 들어가게 할 수 있다.
또, 유지기 (200) 는, 상기의 (식 2) 를 만족함으로써, 볼 (19), 외륜 안내면 (29) 과의 사이에 적절한 간극이 설정된다. 외륜 안내 방식의 유지기 (200) 에서는, 포켓 (21) 과 볼 (19) 사이, 외륜 안내면 (29) 과 유지기 안내면 (27) 사이에 각각 적절한 간극이 설정되어 있다. 유지기 (200) 는, 베어링의 회전에 수반하여 이 간극의 범위에서 외륜 (13) 에 대해 기울기를 갖고 회전한다. 그 때문에, 에지 클리어런스홈 (35) 의 깊이는, 유지기 안내면 (27) 의 외경 D1 의 0.1 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
또, 유지기 (200) 는,
(축 방향 홈의 깊이 H) ＞ (3 × 에지 클리어런스홈의 깊이 h)…(식 3)
으로 하는 것이 바람직하다. 유지기 (200) 는, (식 3) 을 만족함으로써, 포켓 (21) 으로부터 베어링 단면 (端面) 측으로 연장되는 축 방향 단부 (39) 의 면적 (S1 ＋ S2) 을 크게 확보할 수 있다. 축 방향 단부 (39) 의 면적 (S1 ＋ S2) 을 크게 함으로써, 축 방향 단부 (39) 에 의해 그리스를 밀어내는 힘을 증대시킬 수 있어, 그리스의 배출 효과를 높일 수 있다. 나아가서는, (식 3) 을 만족함으로써, S2 의 면적과 축 방향 단부 (39) 의 단차가 확보되므로, 포켓 (21) 과 볼 (19) 의 간극 부분으로부터 직경 방향 외측으로 긁어내어진 그리스가 원둘레 방향으로 이동하였을 때, 그리스를 축 방향 단부 (39) 의 부분에 스쿱하는 것이 가능해진다.
한편, 유지기 (200) 는, 볼 (19) 을 유지하는 것을 목적으로 하고 있고, 볼 (19) 의 최대 직경부에서 접촉하기 때문에, 축 방향 홈 (31) 및 에지 클리어런스홈 (35) 은, 볼 PCD 보다 외측에 있을 필요가 있다. 이들 축 방향 홈 (31) 이나 축 방향 단부 (39) 가 볼 PCD 보다 내측에 있는 경우에는, 볼 (19) 이 유지기 (200) 의 모퉁이와 접촉하여 마모되거나, 유지기 (200) 에 올라앉거나 하는 등의 문제가 발생할 우려가 있다.
다음으로, 상기한 구성의 작용을 설명한다.
도 6 은 외륜 (13) 에 그리스가 부착될 때까지의 그리스 이동의 모습을 나타내는 작용 설명도이다.
앵귤러 볼 베어링 (100) 을 그리스 윤활에서 사용할 때에는, 초기에 연습 운전을 실시한다. 연습 운전은, 초기에 봉입된 그리스가 베어링 내부로부터 배출되는 소정의 위치로 이동함으로써 완료된다.
이 연습 운전에서는, 먼저, 화살표 (45) 에 나타내는 바와 같이, 유지기 내경부의 그리스가 유지기 (200) 의 축 방향 단부로부터 직접 외부로 배출된다. 또, 그리스는, 화살표 (47) 에 나타내는 바와 같이, 볼 (19) 에 접촉, 혹은 포켓 내경면을 따라 유지기 외경측으로 이동하고, 원심력에 의해 외륜 내경면에 부착된다. 베어링 내의 그리스는 볼 (19) 을 중심으로 하여, 카운터 보어측과 반카운터 보어측에서 거의 교차하지 않는다.
카운터 보어측의 그리스는, 체류 위치 (53) 에 머문다. 한편, 반카운터 보어측의 그리스는, 체류 위치 (49) 에 부착되지만, 종래 구조의 경우, 체류 위치 (49) 의 그리스는 축 방향 외측으로 이동하는 힘이 작용하지 않아, 화살표 (47) 로부터 화살표 (51) 의 흐름을 반복한다.
도 7A, 도 7B 는 외륜 (13) 에 부착된 그리스가 축 방향 외측으로 배출될 때까지의 작용을 설명하는 도면으로서, 도 7A 는 구름 베어링의 일부 단면도, 도 7B 는 외륜 (13) 에 접하는 그리스가 부착된 유지기의 주요부 정면도이다.
여기서, 외륜 안내면 (29) 의, 유지기 (200) 의 축 방향 홈 (31) 이 존재하지 않는 부위에 대면하는 대면 위치에 있어서는, 체류 위치 (49) 의 그리스가, 외륜 안내면 (29) 과 유지기 안내면 (27) 사이의 좁은 간극 (안내 간극) 에 들어가고, 유지기 (200) 와 외륜 (13) 의 상대 운동에 의한 전단에 의해, 안내 간극으로부터 밀어내어지도록 축 방향 외측으로 배출된다.
한편, 도 5 에 나타내는 축 방향 홈 (31) 에 있어서는, 유지기 (200) 가 M 방향으로 회전하면, 에지 클리어런스홈 (35) 을 원둘레 방향으로 이동한 그리스가, 화살표 (43) 로 나타내는 바와 같이, 그리스 진입구 (41) 로부터 에지 클리어런스홈 (35) 보다 파인 축 방향 홈 (31) 에 비집고 들어간다. 축 방향 홈 (31) 에 비집고 들어간 그리스는, 회전 방향 상류측의 축 방향 단부 (39) (특히 면적 S1 의 부위) 와의 사이에 퇴적되어 두께를 증가시키고, 대면하는 외륜 안내면 (29) (도 2 참조) 에 부착된다. 이로써, 퇴적된 그리스가, 축 방향 단부 (39) 에 의해 가압되어, 또, 외륜 안내면 (29) 과의 접촉에 의해 전단을 발생시키면서 축 방향 외측으로 이동한다. 따라서, 그리스는, 축 방향 홈 (31) 에 있어서, 축 방향 중앙에 위치하는 볼 (19) 과 반대측이 되는 외륜 안내면 (29) 측의 축 방향 단부로부터, 축 방향 외측으로의 배출이 재촉된다.
또, 유지기 (200) 의 포켓 (21) 으로부터, 볼 (19) 의 회전에 수반하여 직경 방향 외측으로 이동한 그리스는, 화살표 (44) 로 나타내는 바와 같이 축 방향 홈 (31) 에 비집고 들어간다. 이 축 방향 홈 (31) 에 비집고 들어간 그리스는, 회전 방향 상류측의 축 방향 단부 (39) (특히 면적 S2 의 부위) 와의 사이에 퇴적되고, 축 방향 단부 (39) 에 가압된다. 이로써, 상기한 화살표 (43) 의 그리스의 흐름과 합류하여, 축 방향 외측으로 이동한다.
이와 같이, 본 구성의 앵귤러 볼 베어링 (100) 에서는, 에지 클리어런스홈 (35) 이 유지기 외경면에 형성되어 있는 경우여도, 축 방향 홈 (31) 의 축 방향 단부 (39) 에 대한 그리스의 부착, 및 외륜 안내면 (29) 에 대한 그리스의 부착에 의해, 그리스를 축 방향단으로 배출하기 위한 힘이 작용한다. 이 때문에, 그리스가 축 방향단을 향하여 원활하게 이동하여 배출된다. 이로써, 그리스에 의한 교반 저항을 저감시켜, 발열량의 증대를 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 유지기 (200) 에 축 방향 홈 (31) 이 존재해도, 축 방향 홈 (31) 과 에지 클리어런스홈 (35) 의 깊이가 대략 동일 (즉, H ＝0) 한 경우, 포켓 (21) 으로부터 배출된 그리스는, 외륜 안내면 (29) 과 유지기 안내면 (27) 의 상대 운동에 의해, 주로 원둘레 방향으로 이동하여, 축 방향 단부 (39) 에 의해 밀어내는 힘이 작용하기 어려워진다. 그 경우, 이동한 그리스는, 안내면측으로부터 축 방향 외측으로 배출되지 않고, 베어링 내부에서 계속 순환한다.
그러나, 본 구성의 유지기 (200) 는, 유지기 안내면 (27) 을 갖고, 서로 인접하는 피안내부 (23) 과 피안내부 (23) 사이에, 축 방향 홈 (31) 이 형성되어 있다. 그 때문에, 그리스의, 축 방향 단부 (39) 에 대한 가압에 의한 축 방향으로의 이동과, 축 방향 홈 (31) 과 외륜 안내면 (29) 의 상대 운동에 의한 그리스의 전단이 서로 어울려, 그리스의 배출성이 촉진된다.
또한, 유지기 (200) 의 형상에서는, 포켓 (21) 의 축 방향의 단부로부터 축 방향 중앙에 가까운 위치까지 축 방향 홈 (31) 이 도달해 있으므로, 큰 그리스 진입구 (41) 를 확보할 수 있어, 그리스를 배출시키는 효과를 보다 촉진시킬 수 있다.
따라서, 본 구성의 앵귤러 볼 베어링 (100) 및 유지기 (200) 에 의하면, 그리스의 안내면측으로부터의 배출성과, 유지기 외경면의 내마모성을 향상시키고, 게다가, 그리스의 교반 저항에 의한 발열을 저감시켜, 베어링의 수명 저하를 억제할 수 있다. 특히 그리스 윤활에서 dmn 값이 80 만 (PCD (볼 피치원 직경) × 회전수) 이상에서 사용되는 경우에는, 상기 효과가 현저하게 얻어진다.
＜제 2 구성예＞
도 8A 는 제 2 구성예의 유지기의 일부 단면도, 도 8B 는 도 8A 에 나타내는 유지기의 주요부 정면도이다.
상기의 유지기 (200) 는, 에지 클리어런스홈 (35) 을 이분하는 가상선 (37) 을 경계로 좌우 대칭 형상이었지만, 유지기는 비대칭이어도 된다. 본 구성의 유지기 (200A) 는, 유지기 외경면의 축 방향 일단에만 반경 방향 외측으로 돌출되는 피안내부 (23) 를 갖는다. 유지기 외경면에는, 피안내부 (23) 에 대해 축 방향의 반대측에, 유지기 안내면 (27) 보다 소외경의 에지 클리어런스면 (55) 이 형성된다. 따라서, 유지기 안내면 (27) 과 에지 클리어런스면 (55) 사이는, 둘레 방향 단부 (57) 가 된다. 유지기 (200A) 의 이 이외의 구성은, 전술한 유지기 (200) 와 동일하다.
본 구성예의 유지기 (200A) 에 의하면, 유지기 (200A) 를 심플한 구조로 할 수 있어, 유지기 (200A) 의 내구성과 생산성을 함께 높일 수 있다. 또, 에지 클리어런스면 (55) 의 둘레 방향 단부 (57) 의 축 방향 위치는, 도 8B 에 나타내는 바와 같이, 둘레 방향 단부 (57) 를 유지기 안내면 (27) 측의 포켓 단부 (P) 보다 축 방향 내측에 위치시키고 있다 (L ＞ 0). 이와 같이 함으로써, S2 (도 5 참조) 의 면적이 커져, 볼과 포켓 (21) 의 간극 부분으로부터 긁어내어진 그리스를, 축 방향 외측으로 보다 배출하기 쉽게 할 수 있다.
＜제 3 구성예＞
도 9 는 제 3 구성예의 유지기 (200B) 의 외관 사시도, 도 10 은 유지기 (200B) 의 측면도, 도 11 은 유지기 (200B) 의 정면도이다.
본 구성의 유지기 (200B) 는, 도 3 에 나타내는 유지기 (200) 의 피안내부 (23, 25) 에, 축 방향을 따라 오목홈 (61) 이 형성된 것 이외에는, 유지기 (200) 와 동일한 구성이다.
도 12 는 유지기 (200B) 의 단면부의 확대도, 도 13 은 유지기 (200B) 의 포켓 (21) 을 내경측에서 본 확대도, 도 14 는 유지기 (200B) 의 포켓 (21) 의 확대도를 외경측에서 본 확대도이다.
유지기 (200B) 는, 피안내부 (23, 25) 의 유지기 안내면 (27) 과, 에지 클리어런스홈 (35) 의 일부에 오목홈 (61) 이 형성된다. 오목홈 (61) 은, 에지 클리어런스홈 (35) 보다 홈 깊이가 깊고, 둘레 방향의 홈 단면이 원호상이다. 오목홈 (61) 은, 최대의 외경을 갖는 유지기 안내면 (27) 을 축 방향으로 관통시키고, 에지 클리어런스홈 (35) 의 도중까지 형성된다. 오목홈 (61) 의 홈 바닥의 외경은, 유지기 안내면 (27) 측과 에지 클리어런스홈 (35) 측에서 동등하고, 쌍방의 오목홈 (61) 의 내면은 매끄럽게 연속되어 있다. 또한, 오목홈 (61) 은, 둘레 방향의 홈 단면이 V 자상이어도 된다.
피안내부 (23) 의 오목홈 (61) 과 피안내부 (25) 의 오목홈 (61) 은, 모두 하나의 유지기 안내면 (27) 의 둘레 방향 중앙에 형성되고, 서로 둘레 방향에 관하여 동위상에 형성되어 있다.
축 방향으로 일직선 상에 배치되는 오목홈 (61) 은, 그리스의 축 방향 외측으로의 배출성을 보다 촉진할 수 있다. 또, 오목홈 (61) 은, 예를 들어 유지기 (200B) 를 사출 성형할 때의 금형끼리의 파팅 라인의 위치로 할 수 있다. 오목홈 (61) 내에 파팅 라인을 형성함으로써, 성형시에 파팅 라인에 버가 발생해도, 유지기 (200B) 의 최대 외경이 되는 유지기 안내면 (27) 으로부터 직경 방향 외측으로 돌출되는 경우가 없다. 이로써, 유지기 (200B) 를 베어링에 장착하였을 때에, 버가 깎여 그리스 내에 혼입되는 경우가 없다.
＜제 4 구성예＞
또한, 제 3 구성예의 유지기 (200B) 는, 제 2 구성예와 마찬가지로 비대칭의 형상이어도 된다.
도 15 는 제 4 구성예의 유지기 (200C) 의 외관 사시도, 도 16 은 유지기 (200C) 의 측면도, 도 17 은 유지기 (200C) 의 정면도이다. 또, 도 18 은 유지기 (200C) 의 단면부의 확대도, 도 19 는 유지기 (200C) 의 포켓 (21) 을 내경측에서 본 확대도, 도 20 은 유지기 (200C) 의 포켓 (21) 을 외경측에서 본 확대도이다.
본 구성의 유지기 (200C) 는, 유지기 외경면의 축 방향 일단에만 반경 방향 외측으로 돌출되는 피안내부 (23) 를 갖는다. 유지기 (200C) 의 이 이외의 구성은, 전술한 유지기 (200B) 의 구성과 동일하다.
본 구성의 유지기 (200C) 에 의하면, 유지기 (200C) 를 심플한 구조로 할 수 있어, 유지기 (200C) 의 내구성과 생산성을 함께 높일 수 있어, 제 2 구성예의 경우와 동일한 작용 효과가 얻어진다.
실시예
내경 70 ㎜ 의 앵귤러 볼 베어링 (닛폰 정공 제조 형번 70BNR10H) 에 있어서, 그리스 (닛폰 정공 제조 MTE 그리스) 를 베어링의 공간 용적의 15 ％ 봉입하고, 안데론 측정기로 4000 min-1 으로 2 분간 회전시켰다. 그 후, 베어링을 분해하여 유지기에 대한 그리스의 부착을 관찰함으로써 그리스의 배출성을 확인하였다. 시험에 사용한 유지기와 그 시험 결과에 대해서는, 도 21 에 합쳐서 나타내고 있다. 또, 시험 실시 전의 그리스 봉입 상태를 도 22, 도 23 에 나타낸다. 도 22 는 시험에 사용한 베어링의 일부 단면도이고, 도 23 은 도 22 에 나타내는 베어링의 일부 측면도이다. 시험 실시 전에, 시린지 (71) 의 선단을 내륜 (17) 의 외주면과 유지기 (200) 의 내주면 사이를 향하여, 시린지 (71) 로부터 그리스 (73) 를 토출한다. 그리스 (73) 는, 베어링의 둘레 방향을 따른 볼 (19) 끼리의 사이에 각각 공급되고, 유지기 (200) 의 내경측에만 봉입된 상태가 된다.
비교예 1 의 유지기는, 에지 클리어런스홈이 없고, 깊이 0.5 ㎜ 의 축 방향 홈만이 형성되어 있다.
실시예 1 의 유지기는, 외경부에 원둘레 방향을 따른 에지 클리어런스홈과, 축 방향을 따른 축 방향 홈을 함께 갖고, 에지 클리어런스홈의 폭이, 포켓 직경과 동등하게 되어 있다. 홈의 깊이는, 에지 클리어런스홈보다 축 방향 홈 쪽이 깊다. 이 유지기의 축 방향 홈은, 직경 방향으로 관통하는 포켓을 걸쳐 2 개로 분단되어 형성되고, 유지기 단부에서 각각 개구된다. 축 방향 홈은, 포켓과 축 방향을 따라 오버랩되고, 오버랩된 포켓의 축 방향 단부가, 분단되어 형성되는 축 방향 홈의 내측 단부가 된다.
비교예 2 의 유지기는, 실시예 1 의 유지기에 있어서의 에지 클리어런스홈을 깊게 하여, 축 방향 홈과 동일한 깊이로 되어 있다.
비교예 3 의 유지기는, 비교예 2 의 유지기에 있어서의 에지 클리어런스홈의 축 방향폭을 넓혀, 포켓 직경보다 큰 폭으로 되어 있다.
각 유지기의 재질은, 카본 섬유 강화 폴리페닐렌설파이드 (PPS-CF) 이다.
비교예 1 의 유지기에서는, 외륜 안내면측의 포켓으로부터 배출된 그리스가, 외륜 안내면과 유지기 안내면의 상대 운동에 의해 원둘레 방향으로 이동하고, 그 그리스가 포켓에 이어지는 축 방향 홈의 축 방향 단부에 가압되어 축 방향으로 이동함으로써 배출되었다. 그러나, 유지기가 외륜의 궤도면 에지와 접촉하는 구성이기 때문에, 궤도면의 에지 위치를 발생 기점으로 하는 마모는 발생할 가능성이 있다.
실시예 1 의 유지기에서는, 포켓으로부터 배출된 외륜 안내면측의 그리스가 외륜 안내면과 유지기 안내면의 상대 운동에 의해 원둘레 방향으로 이동한다. 이 원둘레 방향으로 이동한 그리스가, 에지 클리어런스홈에 연통되는 축 방향 홈의 축 방향 단부에 가압되고, 축 방향으로 이동함으로써, 베어링 내부로부터 배출되었다. 또한, 본 형상에서는, 포켓의 축 방향 단부로부터 유지기의 축 방향 중심측에 가까운 위치까지, 포켓의 둘레 가장자리를 따라 축 방향 홈이 연장 형성되어 있다. 그 때문에, 에지 클리어런스홈과 축 방향 홈을 연통하는 유로의 단면적이 증가하여, 축 방향 홈에 대한 그리스의 진입이 원활해졌다. 또, 축 방향 홈은, 외륜의 궤도면 에지보다 유지기의 중심에 가까운 곳까지 도달하고 있으며, 이것에 의해서도, 에지 클리어런스홈에 부착된 그리스를 축 방향 홈에 배출하는 효과가 높아졌다. 또한, 이 구성에서는 에지부의 접촉이 없고, 안내면에 그리스가 도달하고, 윤활 상태도 양호한 점에서, 충분한 내마모성이 있는 것으로 생각된다.
비교예 2 의 유지기에서는, 에지 클리어런스홈의 폭과 포켓 직경이 동등하고, 포켓의 단 (端) 을 원둘레 방향으로 투영한 위치에 에지 클리어런스홈의 축 방향 단부에 있어서의 둘레 방향 단부 (斷部) 가 있다. 그 때문에, 포켓으로부터 배출된 그리스는, 유지기 안내면측에 부착된 극히 일부의 그리스만 유지기 안내면에 퍼져 배출되지만, 대부분은 베어링 내부에서 순환하였다. 따라서, 본 형상에서는, 그리스의 배출성이 실시예 1 과 비교하여 저하되었다. 또, 안내면에 부착된 그리스가 매우 적어, 일부에서는 그리스가 부착되어 있지 않는 부분도 보이는 점에서, 안내면의 윤활 불량과 마모가 발생하는 것이 생각된다.
또한, 베어링 내부에 과잉의 그리스가 잔존하므로, 교반 저항에 의한 발열이 발생하여, 베어링의 조기 손상의 우려가 있다.
비교예 3 의 유지기에서는, 유지기 안내면측의 포켓으로부터 배출된 그리스가 외륜 안내면과 유지기 안내면의 상대 운동에 의해 원둘레 방향으로 이동하였지만, 축 방향 외측으로 밀어내는 힘이 작용하지 않아, 원둘레 방향으로 이동한 그리스가 다시 전동체에 접촉하게 되었다. 그 때문에, 유지기 안내면측으로부터 축 방향 외측으로 그리스가 배출되지 않았다. 또, 궤도면 에지에 의한 유지기 외경면의 내마모성은, 그리스의 윤활 불량 때문에 비교예 2 보다 저하되었다.
실시예 1 과 비교예 1 ∼ 3 의 각 유지기는, 모두 축 방향에 관하여 좌우 대칭이지만, 도 8 에 나타내는 바와 같은 비대칭의 단차가 있는 유지기에서도 동일한 결과가 얻어졌다.
또한, 도 21 에 나타내는 ○ 표시는 양품 레벨, × 표시는 통상적인 사용 조건에서는 문제 없지만, 사용 조건이 가혹해지는 경우에 불량품이 될 수 있는 레벨,△ 표는 양품은 아니지만 사용 상태에 따라서는 적용 가능한 레벨을 나타낸다.
이와 같이, 본 발명은 상기의 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 실시형태의 각 구성을 서로 조합하는 것이나, 명세서의 기재, 그리고 주지의 기술에 기초하여, 당업자가 변경, 응용하는 것도 본 발명의 예정하는 바이며, 보호를 바라는 범위에 포함된다.
예를 들어, 구름 베어링으로는, 앵귤러 볼 베어링에 한정되는 것은 아니고, 원통 롤러 베어링 등, 다른 종류의 구름 베어링이어도 된다. 또한, 본 작용은, 그리스 윤활뿐만 아니라, 오일 에어 윤활이나 제트 윤활 등에서도 동일한 효과가 기대된다.
본 출원은 2016년 11월 4일 출원된 일본 특허출원 (일본 특허출원 2016-216734호), 및 2017년 5월 8일 출원된 일본 특허출원 (일본 특허출원 2017-92524호) 에 기초하는 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 받아들여진다.
13 : 외륜
17 : 내륜
19 : 볼 (전동체)
21 : 포켓
27 : 유지기 안내면
31 : 축 방향 홈
35 : 에지 클리어런스홈 (클리어런스면)
100 : 앵귤러 볼 베어링
200, 200A, 200B, 200C : 유지기

Claims (7)

  1. 내륜과, 외륜과, 상기 외륜 및 상기 내륜 사이에 배치되는 복수의 전동체를 구비하는 구름 베어링에 사용되고, 상기 전동체가 수용되는 복수의 포켓을 갖는 외륜 안내 방식의 유지기로서,
    상기 유지기의 유지기 외경면에 있어서의 적어도 일방의 축 방향 단부 (端部) 에 형성되고, 상기 외륜에 안내되는 유지기 안내면과,
    상기 유지기 외경면의 상기 유지기 안내면보다 축 방향 중앙측에, 상기 유지기 안내면보다 작은 외경으로 원둘레 방향을 따라 형성된 클리어런스면과,
    상기 유지기 외경면의 상기 포켓으로부터 축 방향단까지 연장 형성되고, 상기 유지기 안내면을 축 방향으로 횡단하여 축 방향 단부 (段部) 를 형성하고, 상기 클리어런스면보다 홈 바닥이 직경 방향 내측에 형성된 축 방향 홈을 구비하는, 유지기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유지기 안내면을 상기 클리어런스면이 원둘레 방향으로 횡단하여 형성되는 둘레 방향 단부는, 상기 축 방향 단부가 상기 포켓과 접속되는 축 방향 위치보다 상기 일방의 축 방향 단부측에 배치된, 유지기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 둘레 방향 단부는, 상기 포켓의 상기 일방의 축 방향 단부측에 있어서의 포켓 단부 (端部) 보다 축 방향 중앙측에 배치된, 유지기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유지기 안내면의 외경을 D1, 상기 클리어런스면의 외경을 D2 로 하였을 때,
    D1 × 0.999 ≥ D2
    인, 유지기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유지기 안내면은, 상기 일방의 축 방향 단부와, 상기 일방의 축 방향 단부와는 반대측의 타방의 축 방향 단부에 형성된, 유지기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 유지기를 구비하는, 구름 베어링.
  7. 제 6 항에 있어서,
    앵귤러 볼 베어링인, 구름 베어링.
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